JP5509789B2 - Optical member and EL display device - Google Patents
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Description
本発明は、EL(エレクトロルミネッセンス:Electro Luminescence)素子やFED(Field Emission Display/電界放出ディスプレイ)等の自発光型の面状発光素子において輝度向上を図る光学部材、並びに、これを用いたEL表示装置に関する。 The present invention relates to an optical member for improving luminance in a self-luminous planar light emitting element such as an EL (Electro Luminescence) element or an FED (Field Emission Display), and an EL display using the same. Relates to the device.
面状発光素子の代表的なものであるEL素子は、蛍光性化合物に電場を加えるか、電流を注入するかにより発光する素子であり、使用する材料によって無機ELと有機ELとに分けられる。 An EL element that is a typical planar light emitting element is an element that emits light depending on whether an electric field is applied to a fluorescent compound or an electric current is injected, and is divided into an inorganic EL and an organic EL depending on the material used.
蛍光性化合物における電気エネルギー刺激による発光は、無機化合物や有機化合物において観測されるが、それぞれの発光中心の励起機構は異なる。無機EL素子の発光は、蛍光体中に電子が高電界下において加速されて発光中心に衝突し励起することで生じ、一方、有機ELの発光は、外部から電子とホール(正孔)を注入し、それらの再結合エネルギーによって発光中心を励起することで生じる。無機EL、有機ELはともに発光層を電極で挟んだサンドイッチ構造であり、電極の少なくとも一方の電極を透明にすることによって、面状の発光素子を得ることが可能になっている。 Luminescence due to electrical energy stimulation in fluorescent compounds is observed in inorganic compounds and organic compounds, but the excitation mechanisms of the respective emission centers are different. Inorganic EL elements emit light when electrons are accelerated in a phosphor under a high electric field and collide with the emission center to excite them. On the other hand, organic EL emits electrons and holes from outside. This is caused by exciting the emission center by their recombination energy. Both inorganic EL and organic EL have a sandwich structure in which a light emitting layer is sandwiched between electrodes, and a planar light emitting element can be obtained by making at least one of the electrodes transparent.
図9に非常に簡単な有機EL素子100の構成について説明する模式図を示す。図9に示す有機EL素子100は、背面電極101、有機発光層102、透明電極103、及びガラス基板104を順に積層して構成されている。図中の符合105は空気層を示している。このような有機EL素子100では、背面電極101と透明電極103との間に電圧を印加することによって有機発光層102内で発光が起こり、この光を透明電極103側から素子外部へ、すなわち空気層105側へ取り出すことが可能となっている。
なお、図9では、背面電極101、有機発光層102、透明電極103、ガラス基板104のみを示しているが、実際の素子では、電子輸送層やホール輸送層等のさまざまな薄膜層がいくつも積層されて構成されている。また、ガラス基板104をプラスチック基板にすることでもフレキシブルなEL素子も作製可能であるため、以下では、ガラス基板104を、単に基板104と呼ぶものとする。
FIG. 9 shows a schematic diagram for explaining a very simple configuration of the
In FIG. 9, only the
ところで、有機発光層102で発光した光は、透明電極103や基板104を通って空気層105へ射出されるが、一般に有機発光層102、透明電極103、基板104に用いられる材料の屈折率は異なるため、有機EL素子ではフレネル反射による光取り出しロスが生じる。異なった屈折率を有する材料が接する界面で生じるフルネル反射の指標としてのフレネル反射率(R)は、相互に接する第1の材料の屈折率をn1、第2の材料の屈折率をn2とした場合に、これら屈折率n1,n2を用いて表現することができ、例えば、垂直入射の場合には、次式(1)で表現される。このようなフレネル反射率(R)の数値が高いほど、光取り出しロスは大きくなる。
By the way, the light emitted from the organic
また、有機発光層102側に位置する入射側材料(屈折率:ni)に対して、空気層105側に位置する射出側材料(屈折率:ns)の屈折率が低い場合、つまり、ni>nsの場合には、図9のP1,P2に参照されるように、入射した光に関して全反射が起こる場合がある。すなわち、図9では、透明電極103から基板104に入射しようとする光が全反射された様子(P1)、及び、基板104から空気層105に入射しようとする光が全反射された様子(P2)が示されている。このような全反射の発生は入射する光の角度に依存するものであり、全反射が生じる角度である臨界角θcは、次式(2)で表現できる。臨界角θc以上の角度で入射した光は全反射が起こり、材料の吸収を無視すると100%反射が起こる。そのため、素子外部へ光を取り出すことが出来ずに大きな損失となってしまう。
Further, when the refractive index of the emission side material (refractive index: ns) positioned on the
このように屈折率の異なる材料を積層してなる有機EL素子では、外部への光取り出し効率(素子内部で発する光をどれくらい素子の外へ出すことができるかを示した割合)のロスが生じてしまう問題がある。具体的な例を挙げると、屈折率1.5のガラス平板を基板104に用いたときには、外部に取り出される光取り出し効率は、一般に20%以下と言われている。このため、素子外部への光取り出し効率を改善する手法が種々提案されており、例えば特許文献1には、素子基板上にマイクロレンズを設け、素子外部への光取り出し効率を改善する技術が開示されている。
In such an organic EL element formed by laminating materials having different refractive indexes, loss of light extraction efficiency to the outside (a ratio indicating how much light emitted inside the element can be emitted) occurs. There is a problem. As a specific example, when a glass flat plate having a refractive index of 1.5 is used for the
しかしながら、特許文献1に係る構成において、空気との界面で生じる全反射を効果的に抑制するためには、マイクロレンズが発光面積に対して十分大きなレンズ径を有することが必要であり、素子内の発光面積に対して十分に大きな径のマイクロレンズを設けることが困難である場合には、十分な全反射抑制効果を得ることができない。典型的な例を挙げれば、ディスプレイ用途等の高精細な画素サイズの実現をねらった素子用途では、素子のレイアウトに高密度化が要求され、大きさも小型であることが望まれるが、画素間でのマイクロレンズ同士の物理的な干渉や画素の高密度化等の点からみて、画素面積に対して十分大きなマイクロレンズを具備することが困難な場合があり、十分な全反射抑制効果を得ることができない場合があった。
However, in the configuration according to
また、特許文献1に係る構成では、マイクロレンズが凸状となるため、かかる凸状部位に傷がつきやすく、また、汚れがつきやすくなってしまい、耐久性、耐汚性が良好といい難い点があり、さらには、マイクロレンズが複数並ぶときには、凹凸構造が形成されるため、マイクロレンズに対し他の光学部材を取付けにくい構造でもあった。
Moreover, in the structure which concerns on
本発明は係る実情に鑑みてなされたものであり、比較的薄く有機EL等の面状発光素子を嵩張らせない構成で、損失となる素子最表面である基板と空気層との界面で全反射される光を減らすことにより、外部に取り出される光の光取り出し効率の向上を実現するとともに、耐久性、耐汚性及び他の部材の取り付け性も向上させることのできる光学部材等の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the actual situation, and is relatively thin and does not bulky a planar light emitting element such as an organic EL, and is totally reflected at the interface between the substrate and the air layer, which is the outermost surface of the element that becomes a loss. The purpose is to provide an optical member or the like that can improve the light extraction efficiency of light extracted to the outside by reducing the amount of light emitted, and can also improve durability, antifouling property, and attachment of other members And
上記の課題を解決するための手段として、請求項1に記載の発明は、面状発光素子の光取出し面側に配することで光の取出し効率の向上を図る光学部材であって、前記光取出し面側に配した際に前記光取出し面の法線に対し斜めとなるように、屈折率の異なる材料を積層した多層膜光学部材を備え、該多層膜光学部材は、前記屈折率の異なる材料が積層される積層方向、及び、前記屈折率の異なる材料が繰り返し積層される積層間隔の少なくともいずれかが異なる複数の領域に、前記光取出し面から見て空間分割されていることを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、多層膜光学部材を、屈折率の異なる材料を光取出し面の法線に対し斜めに積層して構成することで、この積層方向に近い角度で入射した光については、略反対方向に向けて反射させて面状発光素子に再度入射させることができ、この再度入射させた光を面状発光素子において反射、散乱させて、一部を光学部材の外側へ取り出し可能な角度に変換することが可能となる。なお、「積層方向」とは、屈折率の異なる材料が接する面の法線方向を指し、換言すれば、屈折率の異なる材料の繰り返し積層される間隔が最小となる方向である。
また、積層方向に対して逆の角度(略直角に近い角度)で入射した光については、先ず、多層膜光学部材内を直進させ、当該多層膜光学部材の外側の空気層との間の界面で反射させて、再度多層膜光学部材内を直進させることができ、そして、ここで反射した光は積層方向に近い角度となるため、多層膜光学部材で略反対方向に向けて反射させることができ、再度、当該多層膜光学部材の外側の空気層との間の界面で反射させ、面状発光素子側に戻すことが可能となる。これにより、面状発光素子において反射、散乱させて、一部を光学部材の外側へ取り出し可能な角度に変換することができる。
この結果、上記のいずれの角度で入射した光も多層膜光学部材により逆方向に変換できることから、多層膜光学部材の無い場合に比べて、多層膜光学部材の無い場合には外部に取り出せない光、すなわち臨界角以上の角度で入射する光の空気層と多層膜光学部材の界面との間での反射の回数、及び、面状発光素子での反射、散乱を繰り返す回数を多くすることが可能となり、光の取出し効率を向上させることができる。
また、屈折率の異なる材料が光取出し面の法線に対し斜めに積層される構造であるため、面状発光素子側から入射する光の反射率に波長選択性を持たせることが可能となる。
つまり、屈折率の異なる材料の厚さを調整することで、特定波長の光を反射させるのに最適な光路長を容易に設定できるため、特定波長に近しい波長の光のみに作用させることができ、これによって、ひいては特定色の色純度を高めることができる。
さらに、屈折率の異なる材料が光取出し面の法線に対し斜めに積層される構造であるため、マイクロレンズやプリズムのような凹凸構造を用いない形状(典型的にはフィルム状等)で光取出し効率を向上させる光学部材を構成することができるため、比較的薄く面状発光素子を嵩張らせない構成にすることができ、耐久性、対汚性の向上とともに、他の光学部材との組み合わせが容易となって、他の部材との取り付け性も向上させることができる。
As a means for solving the above problems, the invention according to
According to the first aspect of the present invention, the multilayer optical member is formed by laminating materials having different refractive indexes obliquely with respect to the normal line of the light extraction surface, and is incident at an angle close to the laminating direction. The light can be reflected in substantially the opposite direction and re-enter the planar light-emitting element, and the re-incident light can be reflected and scattered by the planar light-emitting element and partly outside the optical member. The angle can be converted into an angle that can be taken out. Note that the “stacking direction” refers to the normal direction of the surface in contact with materials having different refractive indexes, in other words, the direction in which the interval between repeated layers of materials having different refractive indexes is minimized.
For light incident at an angle opposite to the stacking direction (an angle close to a substantially right angle), first, the light travels straight inside the multilayer optical member, and the interface with the air layer outside the multilayer optical member. And the light reflected here becomes an angle close to the stacking direction, so that the multilayer optical member can reflect the light in the substantially opposite direction. It can be reflected again at the interface with the air layer outside the multilayer optical member and returned to the planar light emitting element side. Thereby, it is reflected and scattered in the planar light emitting element, and can be converted into an angle at which a part can be taken out of the optical member.
As a result, the light incident at any of the above angles can be converted in the reverse direction by the multilayer optical member. Therefore, the light that cannot be extracted to the outside in the absence of the multilayer optical member compared to the case without the multilayer optical member. That is, it is possible to increase the number of reflections between the air layer of light incident at an angle greater than the critical angle and the interface of the multilayer optical member, and the number of repetitions of reflection and scattering on the planar light emitting element. Thus, the light extraction efficiency can be improved.
In addition, since the materials having different refractive indexes are laminated obliquely with respect to the normal line of the light extraction surface, it is possible to give wavelength selectivity to the reflectance of light incident from the planar light emitting element side. .
In other words, by adjusting the thickness of materials with different refractive indexes, it is possible to easily set the optimal optical path length for reflecting light of a specific wavelength, so that it can act only on light of a wavelength close to the specific wavelength. As a result, the color purity of the specific color can be increased.
Furthermore, since materials with different refractive indexes are laminated obliquely with respect to the normal of the light extraction surface, light is emitted in a shape that does not use an uneven structure such as a microlens or prism (typically a film). Since it is possible to configure an optical member that improves the extraction efficiency, it can be made relatively thin so that the surface light emitting element is not bulky, and it is combined with other optical members with improved durability and antifouling properties. It becomes easy, and the attachment property with other members can also be improved.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の光学部材において、前記多層膜光学部材は、前記複数の領域の組み合わせにより形成された単位領域が複数配列されることにより、前記光取出し面から見て空間分割されていることを特徴とする。
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の光学部材において、前記単位領域は、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3つの領域の組み合わせからなることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学部材において、入射される光を拡散させる拡散光学部材を備えることを特徴とする。
請求項4に記載の発明によれば、多層膜光学部材に拡散光学部材を組み合わせることで、多層膜光学部材によって反射した光に対する反射、拡散の作用を大きくすることができ、より多くの光を取出し可能な角度に変換することが可能となる。なお、多層膜光学部材に対する拡散光学部材の配置は、光の取出し面側、面状発光素子側のどちらでも良い。
According to a second aspect of the present invention, in the optical member according to the first aspect, the multilayer optical member has a plurality of unit regions formed by a combination of the plurality of regions, whereby the light extraction surface is arranged. It is characterized by the fact that it is divided into spaces.
According to a third aspect of the present invention, in the optical member according to the second aspect, the unit region includes a combination of three regions in which at least one of the stacking direction and the stacking interval is different.
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical member according to any one of the first to third aspects, a diffusing optical member that diffuses incident light is provided .
According to the fourth aspect of the present invention, by combining the multilayer optical member with the diffusion optical member, it is possible to increase the effect of reflection and diffusion on the light reflected by the multilayer optical member, so that more light is emitted. It becomes possible to convert to an angle that can be taken out. The arrangement of the diffusing optical member with respect to the multilayer optical member may be on either the light extraction surface side or the planar light emitting element side.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学部材において、前記多層膜光学部材の前記光取出し面側の材料又は空間の屈折率をnout、面状発光素子側の材料の屈折率をninとした場合、前記多層膜光学部材の積層方向の角度が、前記光取出し面の法線方向に対し、nout,ninで決定される臨界角θc=arcsin(nout/nin)以上であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明によれば、光取出し面側の材料又は空間の屈折率をn out 、面状発光素子側の材料の屈折率をn in とした場合に、多層膜光学部材の積層方向の角度を、n out 、n in から決定される臨界角θc=arcsin(n out /n in )以上にすることで、本発明に係る光学部材が無い場合には利用できない臨界角以上の光をより一層多く反射させることができ、光取り出し効率のより一層の向上を図ることができる。
また、本発明に係る光学部材が無い場合にも取り出すことの可能な正面方向、すなわち面状発光素子の光取出し側面の法線に沿う方向で入射する光については、多層膜光学部材の積層方向と大きく異なるため、多層膜光学部材による反射作用は働かず、この光が面状発光素子側に戻る現象を抑えることが可能となる。
The invention of claim 5 is an optical member according to
According to the invention described in claim 5, when the refractive index of the material or space on the light extraction surface side is n out and the refractive index of the material on the planar light emitting element side is n in , the multilayer optical member is laminated. By setting the angle of the direction to a critical angle θc = arcsin (n out / n in ) or more determined from n out and n in , light having a critical angle or more that cannot be used without the optical member according to the present invention. More light can be reflected, and the light extraction efficiency can be further improved.
In addition, for the light incident in the front direction that can be taken out even in the absence of the optical member according to the present invention, that is, in the direction along the normal of the light extraction side surface of the planar light emitting element, the lamination direction of the multilayer optical member Therefore, the reflection effect by the multilayer optical member does not work, and the phenomenon that this light returns to the planar light emitting element side can be suppressed.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学部材において、前記多層膜光学部材は、前記屈折率の異なる材料を前記光取出し面の法線に対し斜めに積層する積層構造を複数有し、各積層構造は、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なることを特徴とする。
請求項6に記載の発明によれば、多層膜光学部材における積層構造が複数あることで、最適波長、入射光、反射光の最適角度を複数設定することができ、一組の最適波長、入射光、反射光の最適角度以外の波長や角度の光に対しても、最適波長、入射光、反射光の最適角度を設定することができ、反射作用を与えることが可能となって利用できる光量が増加するため、更なる輝度向上を図ることが可能となる。なお、最適波長とは、光学部材において所定の積層間隔に設定された積層構造による反射作用が強く働く光の波長をいい、入射光、反射光の最適角度とは、積層構造によって略逆向き反射させることのできる光の角度である。
The invention of claim 6 is an optical member according to
According to the invention described in claim 6, since there are a plurality of laminated structures in the multilayer optical member, it is possible to set a plurality of optimum wavelengths, incident light, and optimum angles of reflected light, and a set of optimum wavelengths, incident light. Optimum wavelength, incident light, and optimum angle of reflected light can be set for light with a wavelength or angle other than the optimum angle of light and reflected light. Therefore, the luminance can be further improved. The optimum wavelength means the wavelength of light in which the reflection effect by the laminated structure set at a predetermined lamination interval in the optical member is strong, and the optimum angle of incident light and reflected light is reflected substantially in the reverse direction by the laminated structure. The angle of light that can be caused.
請求項7に記載の発明は、面状発光素子と、該面状発光素子の光取出し面側に配された請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学部材と、を備えることを特徴とするEL表示装置である。
請求項7に記載の発明によれば、光の取出し効率が向上し、輝度向上効果を得ることができる。
The invention according to claim 7, the planar light-emitting element, and an optical member according to any one of
According to the seventh aspect of the present invention, the light extraction efficiency can be improved, and a brightness improvement effect can be obtained.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のEL表示装置において、前記面状発光素子は、複数の表示画素を有し、前記光学部材は、前記多層膜光学部材の前記複数の領域が、前記表示画素ごとに同じ組み合わせとなるように配されていることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のEL表示装置において、前記表示画素は、赤色光を発光する赤領域と、緑色光を発光する緑領域と、青色光を発光する青領域と、を有し、前記多層膜光学部材の前記複数の領域は、前記赤領域、前記緑領域、及び前記青領域に対応して、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3種類の領域からなることを特徴とする。
請求項9に記載の発明によれば、画像表示装置の多くは画素ごとに赤、緑、青のように異なる色の画素の組み合わせにより画像を表示するため、各々の画素に対し、多層膜光学部材の積層方向や、積層間隔を設定することにより、輝度の向上と共に、積層構造の波長選択性により、色補正効果を付加することも可能となる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the EL display device according to the seventh aspect, the planar light emitting element has a plurality of display pixels, and the optical member is the plurality of regions of the multilayer optical member. Are arranged so as to have the same combination for each of the display pixels .
According to a ninth aspect of the present invention, in the EL display device according to the eighth aspect, the display pixel includes a red region that emits red light, a green region that emits green light, and a blue region that emits blue light. And the plurality of regions of the multilayer optical member are different in at least one of the stacking direction and the stacking interval corresponding to the red region, the green region, and the blue region. It is characterized by comprising the following areas.
According to the invention described in claim 9, since many of the image display devices display an image by a combination of pixels of different colors such as red, green, and blue for each pixel, a multilayer optical system is provided for each pixel. By setting the stacking direction of the members and the stacking interval, it is possible to improve the luminance and add a color correction effect due to the wavelength selectivity of the stacked structure.
本発明によれば、外部に取り出される光の光取り出し効率の向上を実現するとともに、耐久性、耐汚性及び他の部材の取り付け性も向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the light extraction efficiency of light extracted to the outside, and to improve durability, antifouling property, and attachment of other members.
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。
<第1の実施形態>
図1,図2は本発明の第1の実施形態に係る有機EL素子1の構造を示す図(X−Z平面;入射面)である。第1の実施形態において上述の図9で説明したものと同様の構成要素については同一符号で示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
1 and 2 are views (XZ plane; incident plane) showing the structure of the
図1,図2に示すように有機EL素子1は、背面電極101、有機発光層102、透明電極103、及びガラス基板104を順に積層してなる有機EL素子本体2の光取出し面側(図中矢印H側)に、光取出し効率の向上を図る光学部材10を配することで構成されている。図中符合105は空気層を示している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
有機EL素子本体2は、背面電極101と透明電極103との間に電圧を印加することによって有機発光層102内で発光を起こし、この光を透明電極103側から素子外部すなわち空気層105側である光取出し面側へ光を射出するものである。有機発光層102は、通電により所定の色に自然発光可能な蛍光有機化合物として構成されるものとするが、カラーフィルターを重ねることにより、放射される光に彩色を施す構成等により所望の色を発光させる構成であっても良い。
The organic
透明電極103は有機発光層102からの光を透過すべく透明な材質から形成されており、具体的にはITO,IZO等を蒸着もしくはスパッタ等のドライプロセスにて形成されるものである。ガラス基板104は、プラスチック基板にすることでもフレキシブルなEL素子も作製可能であるため、以下では、ガラス基板104を、単に基板104と呼ぶものとする。なお、実際の有機EL素子では、電子輸送層やホール輸送層等のさまざまな薄膜層がいくつも積層されて構成されるが本実施形態では図示都合上記載を省略している。
The
図3を参照し、光学部材10は、樹脂材料からシート或いはフィルム状に形成されており、屈折率の異なる材料を有機EL素子本体2の光取出し面の法線Vに対し斜めに積層して構成されるものであって、すなわち、多層膜の光学部材(多層膜光学部材)として構成されるものである。
Referring to FIG. 3, the
より具体的に説明すると、光学部材10は屈折率の異なる材料として高屈折率部材11と低屈折率部材12とを有しており、有機EL素子本体2の光取出し面の法線Vに対し角度α傾いた矢印で示す積層方向13に、所定の膜厚に設定された高屈折率部材11及び低屈折率部材12を繰り返し(複数)積層することで構成され、かつ、有機EL素子本体2の光取出し面に沿うシート或いはフィルム状として構成されるものである。換言すれば、光学部材10は、高屈折率部材11と低屈折率部材12とが接する面を有機EL素子本体2の光取出し面の法線Vに対し傾け、高屈折率部材11と低屈折率部材12を繰り返し積層してなるものである。
To be more specific, the
高屈折率部材11と低屈折率部材12の屈折率は、基板104や空気層105の屈折率に応じて適宜設定されるものであり、積層方向13の角度αについては、有機発光層102から発光される光のうち特に反射させようとする光の角度等に応じて適宜設定されるものである。また、図3においてD1は高屈折率部材11と低屈折率部材12を繰り返し積層する間隔(積層間隔)を示しており、このような積層間隔、つまり各材料の膜厚も有機発光層102から発光される光の波長等に応じて適宜設定可能とされるものである。なお、積層方向13は、屈折率の異なる材料の繰り返し積層される間隔が最小となる方向ともいえる。
The refractive indexes of the high
以上に説明した有機EL素子1における有機発光層102からの光の挙動(光学部材10による光に対しての作用)を図1〜図3を参照しながら説明すると、本実施形態では、光学部材10を、高屈折率材料11と低屈折率材料12とを積層することで構成し、かつ、高屈折率材料11と低屈折率材料12を光取出し面の法線Vに対し斜めの積層方向13に沿って繰り返し積層して構成することで、この積層方向13に近い角度で入射した光L1(図1,図3参照)については、略反対方向に向けて反射させて有機EL素子本体2に再度入射させることができる(図中L1’)。なお、光L1は、図1に参照されるように有機発光層102から照射され、透明電極103、基板104で適宜屈折された後、光学部材10に入射し、一部は光学部材10を透過する。
The behavior of light from the organic
また、積層方向13に対して逆の角度(略直角に近い角度)で入射した光L2(図2,図3参照)については、先ず、光学部材10内を直進させ、光学部材10の外側の空気層105との間の界面で反射させて、再度光学部材10内を直進させることができ、そして、ここで反射した光は、図中矢印に参照されるように積層方向に近い角度となるため、光学部材10で略反対方向に向けて反射させることができ、再度、光学部材10の外側の空気層105との間の界面で反射させ、有機EL素子本体2に戻すことが可能となる(図中L2’)。なお、光L2は、図2に参照されるように有機発光層102から照射され、透明電極103、基板104で適宜屈折された後、光学部材10に入射する。
In addition, for the light L2 (see FIGS. 2 and 3) incident at an opposite angle (an angle close to a substantially right angle) with respect to the stacking
このため本実施形態では、上記のいずれの角度で入射した光も光学部材10により逆方向に変換できることから、この再度入射させた光を有機EL素子本体2において反射、散乱(図中S1,S2参照)させて、一部を光学部材10の外側へ取り出し可能な角度に変換することが可能となり、光学部材10の無い場合に比べて、光学部材10の無い場合には外部に取り出せない光、すなわち臨界角(本実施形態では基板104と空気層105との屈折率で決定される)以上の角度で入射する光の空気層105と光学部材10の界面との間での反射の回数、及び、有機EL素子本体2内での反射、散乱を繰り返す回数を多くすることが可能となり、光の取出し効率の向上させることができる。
For this reason, in this embodiment, since the light incident at any of the above angles can be converted in the reverse direction by the
また、本実施形態では、屈折率の異なる材料が光取出し面の法線に対し斜めに積層される構造であることで、有機EL素子本体2側から入射する光の反射率に波長選択性を持たせることが可能であり、つまり、屈折率の異なる材料の厚さを調整することで、特定波長の光を反射させるのに最適な光路長を容易に設定できるため、特定波長に近しい波長の光のみに作用させることができ、大きく異なる波長や積層方向に対して大きく異なる方向の光に対しての作用をほとんどなくせる。これによって、ひいては特定色の色純度を高めることも可能となる。さらに、光学部材10はマイクロレンズやプリズムのような凹凸構造を用いないシート或いはフィルム形状であり、比較的薄く面状発光素子を嵩張らせない構成であるため、耐久性、対汚性の向上とともに、他の光学部材との組み合わせを容易となり、他の部材の取り付け性も向上させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, by a structure in which materials having different refractive indices are laminated obliquely with respect to the normal of the light output shi surface, the wavelength-selective reflectance of light incident from the organic EL element
<第2の実施形態>
次に本発明の第2の実施形態について説明する。図4は本実施形態に係る有機EL素子20の構造を示す図(X−Z平面;入射面)である。第1の実施形態で説明したものと同様の構成要素については同一符号で示し説明は省略するものとする。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram (XZ plane; incident surface) showing the structure of the
図4に示すように有機EL素子20は、背面電極101、有機発光層102、透明電極103、及び基板104を順に積層してなる有機EL素子本体2の(図中矢印H側)に、拡散光学部材21と多層膜光学部材22とを組み合わせてなる光学部材23を配することで構成されるものである。
As shown in FIG. 4, the
基板104の光取出し面側に配される拡散光学部材21は、シート或いはフィルム状に形成されるものであって、例えば透明樹脂に光拡散粒子を分散させることで構成されている。透明樹脂としては一般的な熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等を用いることができ、光拡散粒子としては、無機酸化物又は樹脂からなる透明粒子を用いることができる。本実施形態では拡散光学部材21は透明樹脂に光拡散粒子を分散させることで構成されるものとするが他の態様であっても構わない。
The diffusion
多層膜光学部材22は第1の実施形態で説明した光学部材10と同様のものであって、有機EL素子本体2の光取出し面の法線Vに対し角度α傾いた積層方向13(第1の実施形態参照)に、所定の膜厚に設定された高屈折率部材11及び低屈折率部材12を繰り返し(複数)積層することで構成され、かつ、有機EL素子本体2の光取出し面に沿うシート或いはフィルム状として構成されるものである。すなわち、本実施形態では光学部材23が拡散光学部材21と多層膜光学部材22とで構成されている。
Multilayer
このような有機EL素子20における有機発光層102からの光の挙動は上記第1の実施形態で説明したものと同様であり、図1〜図3も援用して説明すると、拡散光学部材21を透過し積層方向13に近い角度で入射した光については、略反対方向に向けて反射させて有機EL素子本体2に再度入射させることができる。また、拡散光学部材21を透過し積層方向13に対して逆の角度(略直角に近い角度)で入射した光についても、光学部材23の外側の空気層105との間の界面で反射させ、有機EL素子本体2に戻すことが可能となる。
The behavior of light from the organic
そして、ここで本実施形態では、多層膜光学部材22に拡散光学部材21を組み合わせることで光学部材23が構成されるため、多層膜光学部材21によって反射した光に対する反射、拡散の作用を大きくすることができ(図4、S3参照)、このため、より多くの光を取出し可能な角度に変換することが可能できる。なお、多層膜光学部材22に対する拡散光学部材21の配置は、光の取出し面側、有機EL素子本体2側のどちらであっても構わない。
In this embodiment, since the
<第3の実施形態>
次に本発明の第3の実施形態について説明する。図5(A)には本実施形態に係る光学部材30が示されている。光学部材30は第1の実施形態、第2の実施形態で説明した光学部材10,23と構造が相違するものであるが、有機EL素子に対する配置位置等は第1の実施形態、第2の実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A shows the
図5(A)に示すように光学部材30は、屈折率の異なる材料を光取出し面の法線に対し斜めに積層する積層構造を複数重ね合わせてなる(換言すれば、複数有する)ものであって、屈折率の異なる材料が積層される積層方向及び屈折率の異なる材料が繰り返し積層される積層間隔が異なる積層構造を複数有して構成されるものである。
The
すなわち、図5(A)を参照しながら説明すると光学部材30は、所定の積層間隔D2(膜厚)を設定された高屈折率部材31及び低屈折率部材32を、有機EL素子の光取出し面の法線Vに対し角度β傾いた積層方向33に繰り返し積層した積層構造34に対して、所定の積層間隔D3(膜厚)を設定された高屈折率部材35及び低屈折率部材36を、有機EL素子の光取出し面の法線Vに対し角度η傾いた積層方向37に繰り返し積層した積層構造38を重ね合わせることで構成されている。つまり、光学部材30は、二種類の積層パターンである積層構造34及び積層構造38を複数有してなるものである。なお、角度ηは角度βよりも大きい角度に設定され、積層間隔D2は積層間隔D3よりも長く設定されている。また、高屈折率部材31及び高屈折率部材35は同じ材質のものであり、低屈折率部材32及び低屈折率部材36も同じ材質のものである。
That is, with reference to FIG. 5A, the
このような第3の実施形態に係る光学部材30を用いた場合には、最適波長、入射光、反射光の最適角度を複数設定することができ、一組の最適波長、入射光、反射光の最適角度以外の波長や角度の光に対しても、最適波長、入射光、反射光の最適角度を設定することが可能であり、複数の特定波長に光に対して反射作用を与えることが可能となって利用できる光量が増加するため、更なる輝度向上を図ることが可能となる。なお、最適波長とは、光学部材30において所定の積層間隔に設定された積層構造による反射作用が強く働く光の波長をいい、入射光、反射光の最適角度とは、積層構造によって略逆向き反射させることのできる光の角度である。
When the
また、図5(A)では、光取出し面の法線Vに対し同方向側で傾く積層構造34及び積層構造38が重なり合う構成を説明したが、図5(B)に示すように光取出し面の法線Vに対し異なる方向側(逆方向側)で傾く積層構造を重ね合わせるような構成であっても良い。すなわち、図5(B)に示す光学部材30’では、一方の積層構造が角度δに向く積層方向を設定され、他方の積層構造が角度δと法線Vを挟んで反対側へ傾く角度γに積層方向を設定されている。なお、このような構成は同一入射面ではなくでも良く、また、本実施形態では、積層構造34と積層構造38との間で、積層方向及び積層間隔の双方を異ならせたが、積層方向及び積層間隔のいずれかを異ならせるようにしても良く、重ね合わせる数を三以上としても良い。
5A illustrates a configuration in which the stacked
<第4の実施形態>
次に本発明の第4の実施形態について説明する。図6は本実施形態に係るEL表示装置40の縦断面図(X−Y断面図、Zは光取り出し側面)を示している。
<Fourth Embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a longitudinal sectional view (XY sectional view, Z is a light extraction side surface) of the
図6に示すEL表示装置40は画素ごとに、赤領域41、緑領域42、青領域43に分かれている(赤領域41、緑領域42、青領域43を併せて単一画素を構成する)。EL表示装置40におけるEL素子は、例えば第2の実施形態で説明した有機EL素子20と同様の構成の有機EL素子44を用いている。各画素の発光波長のピークは赤領域41では650nm、緑領域42では550nm、青領域43では450nmに設定されている。
The
有機EL素子44は、第2の実施形態で説明した構成と同様の光学部材45を備えており、この光学部材45は、各画素の位置と色に対応するように積層方向及び積層間隔の少なくとも一つを変えた領域(45R,45G,45B)に空間分割されて作製されている。
The
このような本実施形態に係るEL表示装置40では、各々の画素に対し、光学部材45の積層方向や、積層間隔を設定することにより、光学部材45が各画素に最適な構成となるように構成されており、輝度の向上と共に、積層構造の波長選択性により、色補正効果を付加することが可能となる。
In the
次に以下では、本発明の実施例について説明する。 本実施例は、第2の実施形態に係る有機EL表示装置20の各構成要素に対して、屈折率等を具体的に設定したものである。
Next, examples of the present invention will be described below. In this example, the refractive index and the like are specifically set for each component of the organic
図7,図8を参照し、有機発光層102は、波長530nm付近の光を発光するものとして緑色を発光可能な緑色有機発光層として構成し、その屈折率は「1.7」とした。透明電極103は屈折率「2.0」とし、ガラス基板104は屈折率「1.5」とした。この場合、基板104と空気層(屈折率1.0)の臨界角θcは41.8度となる。
Referring to FIGS. 7 and 8, the organic
光学部材23における高屈折率材料11の屈折率naについては「na=1.6」とし、低屈折率材料12の屈折率nbについては「na=1.5」とし、それぞれ膜厚da=166nm、db=177nmで積層し、光路長n×d=532/2とした。また、積層方向は表面の法線に対し50度で構成した。
Refractive index n a of the high
この実施例における光の挙動を観察したところ、図7,図8を参照し、有機発光層102から基板104正面(0度)付近に出る光L3はそのまま、各界面で若干の屈折が起こり、拡散光学部材21まで到達し、そして、拡散光学部材21を通過後、多層膜光学部材22まで到達するが、多層膜光学部材22の積層方向の50度から、大きく異なる角度で入射するため、反射も起こらず、空気層へ射出することが可能であることを確認できた。
When the behavior of light in this example was observed, with reference to FIGS. 7 and 8, the light L3 emitted from the organic
有機発光層102で40度で射出された光L4の振る舞いを観察したところ、先ず、有機発光層102と透明電極103の界面により屈折が起こり、透明電極103内で33.1度の方向に進む。次に、透明電極103と、基板104の界面による屈折により46.8度に曲がり、この46.8度の入射角で拡散光学部材21を通過し、多層膜光学部材22に入射する。最適照明光角度50度に近しい角度で入射するため、ほぼ同じ角度で反射され光線は逆の光路をたどり、拡散光学部材21へ到達した(L4’)。ここで、光は拡散され、一部は空気層105へ取出し可能な角度に変換されるため、取り出し効率の向上を確認できた。また、一部は臨界角以上のまま、有機発光層を102経て、背面電極101にて反射し、多層膜光学部材10まで、再び戻り、同じ工程を繰り返すことを確認できた。
When the behavior of the light L4 emitted at 40 degrees in the organic
有機発光層で62度以上の光33の振る舞いを観察したところ、有機発光層102と透明電極103の界面により屈折が起こり、透明電極内で48.6度以上になる。そのため、透明電極103と、基板104の界面により全反射がおこり、基板へ取り出せず、損失となった。また、拡散光学部材21を透過し積層方向13に対して逆の角度(略直角に近い角度)で入射した光については、上述したように空気層105との間の界面で反射させ、有機EL素子本体2に戻すことが可能である。
When the behavior of the light 33 of 62 degrees or more is observed in the organic light emitting layer, refraction occurs at the interface between the organic
以上により、光学部材23における積層方向を、表面の法線に対し臨界角θcである41.8度以上の50度にしたところ、有機発光層102内で40〜50度付近の光を有効に取り出すことが可能となり、光の取出し効率が向上されることを確認できた。すなわち、多層膜光学部材22における積層構造の積層方向を、光取出し面側の材料又は空間の屈折率をnout(この例では空気層105の「1.0」)、面状発光素子側の材料の屈折率をnin(この例では基板104の「1.5」)とした場合に、nout、ninから決定される臨界角θc=arcsin(nout/nin)以上とすると、臨界角以上の光をより多く反射させることができ、光取り出し効率のより一層の向上を図ることができることを確認できた。
As described above, when the stacking direction of the
なお、以上で本発明の実施形態及び実施例を説明したが、上記実施形態における構成はこの発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施形態では、有機EL素子に対して本発明に係る光学部材を用いた例を説明したが、無機ELやFEDにおいても本発明は好適に用いることができる。 Although the embodiment and examples of the present invention have been described above, the configuration in the above embodiment is an example of the present invention, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Nor. For example, in the above-described embodiment, an example in which the optical member according to the present invention is used for an organic EL element has been described. However, the present invention can also be suitably used in an inorganic EL or FED.
1,20,44 有機EL素子
10,23,30,45 光学部材
21 拡散光学部材
22 多層膜光学部材
31,35 高屈折材料
32,36 低屈折材料
34,38 積層構造
40 EL表示装置
101 背面電極
102 有機発光層
103 透明電極
104 ガラス基板
105 空気層
1, 20, 44
Claims (9)
前記光取出し面側に配した際に前記光取出し面の法線に対し斜めとなるように、屈折率の異なる材料を積層した多層膜光学部材を備え、
該多層膜光学部材は、
前記屈折率の異なる材料が積層される積層方向、及び、前記屈折率の異なる材料が繰り返し積層される積層間隔の少なくともいずれかが異なる複数の領域に、前記光取出し面から見て空間分割されている
ことを特徴とする光学部材。 An optical member for improving the light extraction efficiency by being arranged on the light extraction surface side of the planar light emitting element,
So that oblique with respect to a normal of the light extraction surface when arranged on the light extraction surface side, comprising a multilayer film optical member in which the product layer materials of different refractive index,
The multilayer optical member is:
Space-divided into a plurality of regions in which at least one of a stacking direction in which the materials having different refractive indexes are stacked and a stacking interval in which the materials having different refractive indexes are repeatedly stacked is different as viewed from the light extraction surface. an optical member, characterized in that <br/> you are.
前記複数の領域の組み合わせにより形成された単位領域が複数配列されることにより、前記光取出し面から見て空間分割されているA plurality of unit regions formed by a combination of the plurality of regions are arranged to be spatially divided as viewed from the light extraction surface.
ことを特徴とする請求項1に記載の光学部材。The optical member according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の光学部材。The optical member according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学部材。 The optical member according to any one of claims 1 to 3, characterized in <br/> further comprising a diffusing optical element for diffusing light incident Isa.
前記多層膜光学部材の積層方向の角度が、前記光取出し面の法線方向に対し、nout,ninで決定される臨界角θc=arcsin(nout/nin)以上である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光学部材。 Wherein the light extraction surface side of the material or space refractive index n out of the multilayer film optical member, if the refractive index of the planar light-emitting element side of the material was n in,
An angle in the stacking direction of the multilayer optical member is not less than a critical angle θc = arcsin (n out / n in ) determined by n out and n in with respect to a normal direction of the light extraction surface. The optical member according to any one of claims 1 to 4 .
前記屈折率の異なる材料を前記光取出し面の法線に対し斜めに積層する積層構造を複数有し、各積層構造は、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光学部材。 The multilayer optical member is:
It has a plurality of laminated structure of laminating different materials the refractive index at an angle relative to the normal of the light extraction City surfaces, each laminated structure, the feature that at least one is different from the laminating direction and the laminated interval The optical member according to any one of claims 1 to 5 .
該面状発光素子の光取出し面側に配された請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学部材と、
を備える
ことを特徴とするEL表示装置。 A planar light emitting device;
The optical member according to any one of claims 1 to 6 , disposed on a light extraction surface side of the planar light emitting element ,
EL display device comprising <br/> comprise a.
複数の表示画素を有し、
前記光学部材は、
前記多層膜光学部材の前記複数の領域が、前記表示画素ごとに同じ組み合わせとなるように配されている
ことを特徴とする請求項7に記載のEL表示装置。 The planar light emitting element is
Having a plurality of display pixels,
The optical member is
The EL display device according to claim 7, wherein the plurality of regions of the multilayer optical member are arranged in the same combination for each display pixel .
赤色光を発光する赤領域と、緑色光を発光する緑領域と、青色光を発光する青領域と、を有し、A red region that emits red light, a green region that emits green light, and a blue region that emits blue light,
前記多層膜光学部材の前記複数の領域は、The plurality of regions of the multilayer optical member are:
前記赤領域、前記緑領域、及び前記青領域に対応して、前記積層方向及び前記積層間隔の少なくともいずれかが異なる3種類の領域からなるCorresponding to the red region, the green region, and the blue region, it is composed of three types of regions in which at least one of the stacking direction and the stacking interval is different.
ことを特徴とする請求項8に記載のEL表示装置。The EL display device according to claim 8.
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